STM32L0低功耗应用
+ Q2 i6 s. G* b& n& Z2 sSTM32L0支持7种低功耗模式，本文重点讨论停止(STOP)模式。

. _1 ^$ {3 t8 x* [. W首先介绍几点影响功耗的因素。
7 d8 k! z4 T0 R  u8 Y! U1.IO口的状态，不用的IO口设置成模拟输入。
2.时钟，时钟越低功耗越低。
3.外设，禁用不使用的外设。
4.PLL是一个耗电大户，如果做低功耗还是把PLL禁用，直接HSE/HSI/MSI到SYSCLK。
5.内核电压，根据不同的运行速度和VDD电压调节动态调压器，达到速度与功耗的平衡。

官方描述如下：

% m/ ]$ V' {, G5 ]- t" S

/ @' G* G% Q& F( j: K9 {! @3 ^

* u' F4 h  k) C7 `# n, c9 ?9 i
使用下面这个函数调节内核电压
: ^4 Z4 h3 [* n( |, s9 F8 \

1. #define PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE1   PWR_CR_VOS_0
   
2. #define PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE2   PWR_CR_VOS_1
   0 m& r" `7 V9 v# z+ C; y
3. #define PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE3   PWR_CR_VOS
   
4.   *            @arg PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE1: Regulator voltage output Scale 1 mode,
   
5.   *                                                System frequency up to 32 MHz.
   ( {# y+ q, z0 C& c# P
6.   *            @arg PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE2: Regulator voltage output Scale 2 mode,
   0 p$ m: b' P* L
7.   *                                                System frequency up to 16 MHz.
   
8.   *            @arg PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE3: Regulator voltage output Scale 3 mode,
   5 H3 K; S# ]+ ]" }3 ]( q. {9 j
9.   *                                                System frequency up to 4.2 MHz
   1 D9 U: H# E/ \: y3 K' d
10. 
    2 m4 F6 t: Q, h6 T
11. __HAL_PWR_VOLTAGESCALING_CONFIG(PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE1);

复制代码

1.睡眠模式
睡眠模式下只有CPU停止工作，所有外设继续工作，任何中断或者事件都能唤醒CPU，此时约16MHz/1mA。
" A- t9 n& n1 K0 [% l. w3 T1 U
2.低功耗运行模式
% W1 V8 k" Q5 L. ^) z/ }低功耗运行模式使用 内部MSI RC振荡器为低速模式（最大工作频率131kHz），内部调压器在低功率模式下，时钟频率和可用外设都有限制。仅当 电压调节器 处于范围 2 时，才能进入低功耗运行模式。

3.低功耗睡眠模式
0 k' v% I7 N/ k' }8 Y进入睡眠模式时，调整内部调压器为低功率模式，时钟频率和可用外设都有限制；一个典型的例子是计时器以32kHz的速度运行。当事件或中断触发唤醒时，系统将恢复到运行模式，并打开调节器
9 L* F4 u) h) j. k
4.带RTC的停止模式
停止模式在保持RAM和寄存器内容以及实时时钟的同时，实现了最低的功耗。Vcore域中的所有时钟都被停止禁用PLL、MSI RC、HSE和HSI。LSE或LSI仍在运行。调压器处于低功率模式。一些具有唤醒功能的外围设备可以使HSI在停止模式下检测它们的 触发唤醒的动作。
设备可以被外部中断在3.5us内唤醒，处理器会进入唤醒中断后恢复现场。也可以被PVD中断，比较事件（如果此外设使能），RTC alarm/tamper/timestamp/wakeupevents, USB/USART/I2C/LPUART/LPTIMER 唤醒事件唤醒。 唤醒后需要重新配置时钟。

, s5 H( h9 y2 b# m- [# y, D5.不带RTC的停止模式
停止模式在保持RAM和寄存器内容以及实时时钟的同时，实现了最低的功耗。Vcore域中的所有时钟都被停止禁用PLL、MSI RC、HSE和HSI。LSE或LSI仍在运行。调压器处于低功率模式。一些具有唤醒功能的外围设备可以使HSI在停止模式下检测它们的 触发唤醒的动作。
设备可以被外部中断在3.5us内唤醒，处理器会进入唤醒中断后恢复现场。也可以被PVD中断，比较事件（如果此外设使能），RTC alarm/tamper/timestamp/wakeupevents, USB/USART/I2C/LPUART/LPTIMER 唤醒事件唤醒。 唤醒后需要重新配置时钟。
* G$ S7 H4 h% Z5 y; g
6.带RTC待机模式
  e* `) Q5 \/ O! a: J关闭内部电压调节器，从而关闭整个Vcore。PLL MSI HIS HSE 都被关闭，LSE/LSI在运行。
5 E( z( x! n* z除了备用电路中的寄存器外(wakeup logic, IWDG,RTC, LSI, LSE Crystal 32 KHz oscillator, RCC_CSR register)，RAM和寄存器内容都丢失了。
设备会在以下情况在60us内被唤醒
1.外部引脚复位
2.IWDG复位
3.唤醒引脚上升沿
  V! J2 c  [) a8 C) ~4.RTC Alarm tamper timestamp Wakeup 事件
: ?1 v1 q7 c" O
7.不带RTC待机模式
; m' C2 F. l4 i3 }, r' z关闭内部电压调节器，从而关闭整个Vcore。PLL MSI HIS HSE LSE LSI都被关闭。
除了备用电路中的寄存器外(wakeup logic, IWDG,RTC, LSI, LSE Crystal 32 KHz oscillator, RCC_CSR register)，RAM和寄存器内容都丢失了。
设备会在以下情况在60us内被唤醒
1.外部引脚复位
) x- Q3 Z4 |  M6 _3 {2.唤醒引脚上升沿
3 ]$ O% c* m% RRTC 和IWDG 的时钟源进入停止或者待机模式不会自动停止。
; h4 y+ }9 o0 p  w: j5 o
进入STOP模式
5 J7 N- _' q1 C9 o停止模式基于 Cortex®-M0+ 深度睡眠模式与外设时钟门控。调压器既可以配置为正常模式，也可以配置为低功耗模式。在停止模式下，VCORE 域中的所有时钟都会停止，PLL、MSI、HSI16 和 HSE RC 振荡器也被禁止。内部 SRAM 和寄存器内容将保留。
+ s% k1 l1 `! G0 c1 f( Z. m; B" {要使停止模式下的功耗最低，内部 Flash 也进入低功耗模式。Flash 处于掉电模式时，将器件从停止模式唤醒将需要额外的启动延时。
5 Y7 D' Z( r! I) v要使停止模式下的功耗最低，可在进入停止模式前关闭 VREFINT、BOR、PVD 和温度传感器。退出停止模式后，可以使用 PWR_CR 寄存器中的 ULP 位通过软件重新打开它们。
+ y% }* S- m2 O9 d
* J' R. p  N# Q4 ?; t在停止模式下，所有 I/O 引脚的状态与运行模式下相同。
% O* I! S# k  o9 C: ?0 B% ]
要求

– 没有中断（对于 WFI）或事件（对于 WFE）挂起。
- `9 ^* G/ q! O– 将 Cortex®-M0+ 系统控制寄存器中的 SLEEPDEEP 位置 1
– 电源控制寄存器 (PWR_CR) 中的 PDDS 位 = 0
– 电源控制/状态寄存器 (PWR_CSR) 中的 WUF 位 = 0
– 通过配置 RCC_CFGR 寄存器中的 STOPWUCK 位退出停止模式时，选
择 MSI 或 HSI16 RC 振荡器作为系统时钟。
注： 要进入停止模式，所有 EXTI 线挂起位（在第 13.5.6 节：EXTI 挂起
寄存器 (EXTI_PR) 中）、所有外设中断挂起位、RTC 闹钟（闹钟 A
和闹钟 B）、RTC 唤醒、RTC 入侵和 RTC 时间戳标志位必须复
# n- m4 N8 d! x9 U2 c位。否则将忽略进入停止模式这一过程，继续执行程序。
/ x. m3 }2 @- B- n( ?) n9 P0 P
下面咱们来看下寄存器描述

系统控制寄存器中的 SLEEPDEEP 位
; [! b/ q- n5 H6 y5 \我在ARM-CortexM0 权威指南上找到的

# y6 {* I8 T5 n
(PWR_CR) PDDS位：掉电深度睡眠 (Power-down deepsleep)
; V/ A; M" l" [1 c4 C- X此位由软件置 1 和清零。
0：器件在 CPU 进入深度睡眠时进入停止模式。调压器处于低功耗模式。
  l  ^/ R* k& y& e! x# r1 Y& t1：器件在 CPU 进入深度睡眠时进入待机模式。
/ y" ^. r- M/ D$ w) Z' b, p
. C5 B% g4 K; o(PWR_CSR) WUF 位
该位通过硬件置 1，并且只能通过系统复位或通过将 PWR 电源控制寄存器 (PWR_CR) 中的
5 L" G" |+ n+ k! T6 {CWUF 位置 1 清零
, }% q$ @+ N* M  F4 c% E0：未发生唤醒事件
# ?. q" O& i# r( \& z2 o/ x1：收到唤醒事件，可能来自 WKUP 引脚、RTC 闹钟（闹钟 A 和闹钟 B）、RTC 入侵事
件、RTC 时间戳事件或 RTC 唤醒事件。
8 F) I" ]6 ^# [9 U' \9 F; \, q注： 如果使能 WKUP 引脚（将 EWUPx (x=1, 2, 3) 位置 1）时 WKUP 引脚已为高电平，系
统将检测到另一唤醒事件。

: H7 w9 h0 u; L2 b' W然后还要配置选择唤醒后的时钟源
通过此函数

1. /**
   
2.   * @brief  Macro to configures the wake up from stop clock.
   
3.   * @param  __RCC_STOPWUCLK__ specifies the clock source used after wake up from stop
   5 B3 i. @; H9 l7 @; O
4.   *   This parameter can be one of the following values:
   
5.   *     @arg @ref RCC_STOP_WAKEUPCLOCK_MSI    MSI selected as system clock source
   2 w8 k! `: j( T  I  r6 |
6.   *     @arg @ref RCC_STOP_WAKEUPCLOCK_HSI    HSI selected as system clock source
   
7.   * @retval None
   0 A$ c% v1 @9 O8 j! S
8.   */
   5 H! G! O& d( ?2 F& }' `2 }
9.   __HAL_RCC_WAKEUPSTOP_CLK_CONFIG(RCC_STOP_WAKEUPCLOCK_MSI);

复制代码

' e! x6 C) d" V) C- c6 U唤醒后如果需要，记得重新配置时钟。
3 g5 `; v' j& \) t1 V
+ W2 V; m3 y. c( sLPUART在DMA模式下唤醒STOP
# T0 }1 K' w) F9 u不讨论怎么实现DMA，只讨论唤醒SOTP模式。
首先咱们来看官方描述

% h2 P0 p. A1 c1 W( K
我使用的是LSE时钟

其实官方手册有这样一段描述
0 l$ R9 |3 E) ^# ?2 U) a1 j9 c当 DMA 用于接收时，它必须在进入停止模式前禁止，并在退出停止模式后重新使能。 从停止模式唤醒功能并非在所有模式下均可用。例如，该功能在 SPI 模式下不起作用，因为 SPI 仅在主模式下工作。
% e7 i- ?: v% C0 h2 k6 f5 h. t也就是说要在进入STOP模式前禁止DMA。这里不是去操作DMA的寄存器去禁止DMA，而是在LPUART里面的寄存器DMAR位禁止即可。
; y% r: j8 t$ o/ C& jLPUART_CR3(DMAR位)
位 6 DMAR：DMA 使能接收器 (DMA enable receiver)
此位由软件置 1/复位。
' `" H: a$ u5 l* E- s5 Q1：针对接收使能 DMA 模式
/ w2 n0 V6 v8 ?+ |/ F1 d+ K# d( J+ O0：针对接收禁止 DMA 模式

) \( Z# n$ k0 G5 {进入停止模式的步骤
% q/ q$ Z8 v% X' {& k  z2 M! b# [# }1.禁止DMA，记得在唤醒后在串口唤醒中断里面重新使能DMA即可（其实使用HAL库是有点小BUG，会导致无法重新使能，后面会说(看串口中断回调函数)）
2.确认串口忙标志为0
3.确认串口做好接受数据准备
4.选择唤醒模式（接受完成唤醒，起始位唤醒，地址匹配唤醒）
2 E. B: B$ o6 G( f1 e3 i5.配置串口使能唤醒中断，使能停止模式唤醒
; C4 M/ M2 C9 z3 h  T' ]4 e2 `
7 g5 d- r) M5 B  g! Z) {8 P. |8 ^下面介绍要使用的函数

2 s7 d# o2 p" B% U2 y0 u2 T2 R

1. void UratEnterStopMode(UART_HandleTypeDef *UartHandle)
   ( i6 A" y4 G' v* N* x
2. {
   
3. 
   
4. 
   ( O( ~' s, t# g9 o
5.   UART_WakeUpTypeDef WakeUpSelection;
   
6.   /* make sure that no UART transfer is on-going */
   
7.   while(__HAL_UART_GET_FLAG(UartHandle, USART_ISR_BUSY) == SET);
   + T+ k" P. M5 r; ?: `7 c( I# b8 w6 a
8.   /* make sure that UART is ready to receive
   
9.    * (test carried out again later in HAL_UARTEx_StopModeWakeUpSourceConfig) */   
   / @! g% P% m0 f) F, l) ]
10.   while(__HAL_UART_GET_FLAG(UartHandle, USART_ISR_REACK) == RESET);
    & ]# q4 A  H! |" h  H  E7 e
11. 
    ) z% S5 V8 v2 b, K+ b$ x
12.   /* set the wake-up event:
    . c6 _+ `/ V% _$ B% R0 a- H2 a
13.    * specify wake-up on start-bit detection */
    ( C! q! w( a- ]" V5 R7 B0 I; o
14.   WakeUpSelection.WakeUpEvent = UART_WAKEUP_ON_STARTBIT;
    4 F/ g; _1 \. K+ [7 p4 K; l
15.   if (HAL_UARTEx_StopModeWakeUpSourceConfig(UartHandle, WakeUpSelection)!= HAL_OK)
    7 j6 Y/ q6 }* i5 w( [& }7 d, u+ t
16.   {
    3 K  ~4 H! j+ @& f$ ]
17.     Error_Handler();
    
18.   }
    : S9 }" q" I8 w4 h
19.   HAL_UART_DMAPause(UartHandle);
    
20.   printf("HAL_UART_DMAPause\n\r");
    
21.   // __HAL_DMA_DISABLE(&hdma_lpuart1_rx);                        //禁止DMA;
    1 |, ~0 N& i$ S9 Q& T0 n
22. 
    
23.   /* Enable the UART Wake UP from stop mode Interrupt */
    ) c# @& b3 Y  H( E3 m, |/ R
24.   __HAL_UART_ENABLE_IT(UartHandle, UART_IT_WUF);
    
25. 
    0 o* W/ n- I" k5 o1 V6 P
26.   /* enable MCU wake-up by UART */
    9 ^, ?+ ?$ ~) M2 d  j
27.   HAL_UARTEx_EnableStopMode(UartHandle);
    + K- l! g7 `1 ^: _8 Y9 Y/ U4 G/ o
28.   /* enter stop mode */
    - v1 R6 o; @' q7 t4 {1 t% g! I( t
29.   HAL_PWR_EnterSTOPMode(PWR_LOWPOWERREGULATOR_ON, PWR_STOPENTRY_WFI);//进入停止模式
    $ C* r8 T* N& W' `
30.   /* ... STOP mode ... */
    + J6 L0 H* D8 t# Z' x, c
31. 
    
32.   /* at that point, MCU has been awoken: the LED has been turned back on */
    
33.   /* Wake Up on start bit detection successful */
    + F9 ?& u$ P9 s" O: L' B
34.   HAL_UARTEx_DisableStopMode(UartHandle);//唤醒后禁止串口唤醒低功耗模式
    ; b  T, L6 C2 h4 Z# l
35. }

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9 _+ {/ t- F$ [1 p! F8 w, M**然后在串口唤醒中断里面使能DMA即可
0 z2 O. N% a6 Q6 q串口唤醒中断回调函数
7 ~: s" M# E, e/ M& J9 w. w' u

1. void HAL_UARTEx_WakeupCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
   
2. {
   
3. 
   4 l/ C8 h, G# M0 p
4. //在这个回调函数之前HAL库的中断里面会改变huart->RxState = HAL_UART_STATE_READY; 导致HAL_UART_DMAResume(huart)不能恢复DMA
   
5. //所以此时要 huart->RxState = HAL_UART_STATE_BUSY_RX;  
   , @- d6 c1 d) X$ G# `" u
6.   huart->RxState = HAL_UART_STATE_BUSY_RX;  
   
7.   HAL_UART_DMAResume(huart);
   2 C! E& ~0 \; `2 ]4 t& m& i+ z
8. 
   
9.   printf("HAL_UART_DMAResume,receivedata8 is %d\n\r",0);
   * ~- g; n; N  @" h! Q, W
10. }

复制代码

记得唤醒之后稍微延时一下，让串口数据接受完成在进入停止模式，不然数据会乱。

/ K# R0 V8 \& ~: b2 X**下面重点来了**
这里稍微不注意就会发现 我唤醒之后接受到的数据怎么老是少第一个字节
经过我测试发现
是有一个设置的问题
下面看函数和寄存器描述
/ n% _5 n; K7 @, H: T1 \- c

1. /* Enable Ultra low power mode */
   
2.    HAL_PWREx_EnableUltraLowPower();  //使能超低功耗，置位PWR_CR ULP位,VREFINT 在低功耗模式下关闭 更低功耗

复制代码

PWR_CR 位 9 ULP：超低功耗模式 (Ultra-low-power mode)
3 F& [- O/ \" t  h: O置 1 时，VREFINT 在低功耗模式下关闭。通过复位 RCC_APB1RSTR 寄存器中的 PWRRST
位不会复位该位。当该位置 1 时，寄存器 LCD_CR 的 LCDEN 位不能置 1。
0：VREFINT 在低功耗模式下打开
1：VREFINT 在低功耗模式下关闭

当我们调用HAL_PWREx_EnableUltraLowPower();使能超低低功耗模式
2 i5 r/ I0 i9 J  M" }* V  R8 W7 Z8 p此时你使用9600（不包括9600）以下的波特率就不会少第一个字节 但是你的波特率在9600及以上，收到的数就会少第一个字节
1 i( m" |, Z5 m* w但是我们能不能在超低功耗模式下唤醒，波特率超过9600情况下怎么办呢？
; H+ @( Q0 Q9 |# N还有一个函数和寄存器描述

1. /* Enable the fast wake up from Ultra low power mode */
   
2.   HAL_PWREx_EnableFastWakeUp();              //使能快速唤醒，不会等待VREFINT就绪，比较快，9600波特率下不会丢数据，不用快速唤醒而且 VREFINT 在低功耗模式下关闭 9600波特率下丢数据 此时只能降低波特率才可以解决

复制代码

5 M* M/ @& c! m3 Q9 `' YPWR_CR 位 10 FWU：快速唤醒 (Fast wakeup)
此位与 ULP 位结合使用。
0 S) p: N  P8 f5 b' l" _8 d- u) b  c如果 ULP = 0，则忽略 FWU
如果 ULP = 1 且 FWU = 1：从低功耗模式退出时忽略 VREFINT 启动时间。当 VREFINT 重新就
$ k7 Z, @, r3 q2 g$ K3 g- ^: _5 s5 P  B绪时，通过 PWR_CSR 寄存器中的 VREFINTRDYF 标志加以指示。
如果 ULP = 1 且 FWU = 0：仅当 VREFINT 就绪（其启动时间后）时，才会从低功耗模式退
出。通过复位 RCC_APB1RSTR 寄存器中的 PWRRST 位不会复位该位。
# L$ _, B" p0 v' R0：仅当 VREFINT 就绪时，才会退出低功耗模式
/ P: ^7 p  Y* b3 }8 K* S* Z  O0 ~  f1：退出低功耗模式时忽略 VREFINT 启动时间
7 H. ~) ]0 e0 Q+ l6 T- T5 t
' q% ]3 ~4 G, \. v就是醒的时候不等待 VREFINT稳定，但是可能会影响ADC，这样在超低功耗模式下就能快速唤醒不丢第一个字节了
仅在9600下测试不会丢，其他未测

7 N% Q1 w$ P! F5 A0 e; I当然如果你不使能超低功耗模式，那就造吧。
最近一直在搞Linux，这个博客写了快一年了，都忘记了。有时间把RTC和LPTIM也更上。实测功耗在0.8uA左右。
) t; L' J- U+ K* V% |6 f' v9 V% Y


$ k: F! a8 N. a